Zinn ist eines der wenigen Metalle, die dem Menschen seit prähistorischen Zeiten bekannt sind. Zinn und Kupfer wurden vor Eisen entdeckt, und ihre Legierung, Bronze, ist anscheinend das allererste „künstliche“ Material, das erste Material, das vom Menschen hergestellt wurde.
Die Ergebnisse archäologischer Ausgrabungen deuten darauf hin, dass Menschen bereits im fünften Jahrtausend v. Chr. Zinn selbst verhütten konnten. Es ist bekannt, dass die alten Ägypter Zinn zur Herstellung von Bronze aus Persien mitbrachten.
Unter dem Namen „Trapu“ wird dieses Metall in der altindischen Literatur beschrieben. Der lateinische Name für Zinn, Stannum, kommt aus dem Sanskrit „hundert“, was „fest“ bedeutet.
Die Erwähnung von Zinn findet sich auch bei Homer. Fast zehn Jahrhunderte vor der neuen Ära lieferten die Phönizier Zinnerz von den britischen Inseln, damals Kassiteriden genannt. Daher der Name Kassiterit, das wichtigste der Zinnminerale; Zusammensetzung seines SnO 2 . Ein weiteres wichtiges Mineral ist Stannin oder Zinnpyrit, Cu 2 FeSnS 4 . Die restlichen 14 Mineralien des Elements Nr. 50 sind viel seltener und haben keinen industriellen Wert. Übrigens hatten unsere Vorfahren reichere Zinnerze als wir. Es war möglich, Metall direkt aus Erzen zu verhütten, die sich auf der Erdoberfläche befinden und durch natürliche Prozesse der Verwitterung und Auswaschung angereichert wurden. Heutzutage gibt es solche Erze nicht mehr. Unter modernen Bedingungen ist der Prozess der Gewinnung von Zinn mehrstufig und mühsam. Die Erze, aus denen heute Zinn verhüttet wird, haben eine komplexe Zusammensetzung: Neben dem Element Nr. 50 (in Form von Oxid oder Sulfid) enthalten sie normalerweise Silizium, Eisen, Blei, Kupfer, Zink, Arsen, Aluminium, Kalzium, Wolfram und andere Elemente. Heutige Zinnerze enthalten selten mehr als 1 % Sn, Seifen sogar noch weniger: 0,01...0,02 % Sn. Das heißt, um ein Kilogramm Zinn zu gewinnen, muss mindestens ein Zentner Erz abgebaut und verarbeitet werden.
Wie wird Zinn aus Erzen gewonnen?
Die Gewinnung von Element Nr. 50 aus Erzen und Seifen beginnt immer mit der Anreicherung. Methoden zur Anreicherung von Zinnerzen sind sehr vielfältig. Insbesondere wird die Gravitationsmethode verwendet, basierend auf dem Unterschied in der Dichte von Haupt- und Begleitmineralien. Dabei dürfen wir nicht vergessen, dass die Begleitpersonen bei weitem nicht immer eine leere Rasse sind. Oft enthalten sie wertvolle Metalle wie Wolfram, Titan, Lanthanide. In solchen Fällen versuchen sie, alle wertvollen Bestandteile aus Zinnerz zu extrahieren.
Die Zusammensetzung des resultierenden Zinnkonzentrats hängt von den Rohstoffen ab und auch davon, wie dieses Konzentrat gewonnen wurde. Der Zinngehalt liegt zwischen 40 und 70 %. Das Konzentrat wird in Brennöfen (bei 600...700°C) geschickt, wo relativ flüchtige Arsen- und Schwefelverunreinigungen daraus entfernt werden. Und das meiste Eisen, Antimon, Wismut und einige andere Metalle werden nach dem Brennen mit Salzsäure ausgelaugt. Danach muss das Zinn noch von Sauerstoff und Silizium getrennt werden. Daher ist die letzte Stufe bei der Herstellung von Schwarzzinn das Schmelzen mit Kohle und Flussmitteln in Flamm- oder Elektroöfen. Aus physikalisch-chemischer Sicht ähnelt dieser Prozess einem Hochofen: Kohlenstoff „entzieht“ Zinn Sauerstoff, und Flussmittel verwandeln Siliziumdioxid in eine im Vergleich zu Metall leichte Schlacke.
Es gibt noch ziemlich viele Verunreinigungen im Rohzinn: 5 ... 8%. Um Metall von hoher Qualität (96,5 ... 99,9% Sn) zu erhalten, wird Feuer oder seltener elektrolytische Raffination verwendet. Und das für die Halbleiterindustrie notwendige Zinn mit einer Reinheit von fast sechs Neunern – 99,99985 % Sn – wird hauptsächlich durch Zonenschmelzen gewonnen.
Eine andere Quelle
Um ein Kilogramm Zinn zu erhalten, muss kein Zentner Erz verarbeitet werden. Sie können auch anders: 2000 alte Dosen "schälen".
Nur ein halbes Gramm Zinn pro Dose. Aber multipliziert mit dem Produktionsumfang werden diese halben Gramm zu mehreren zehn Tonnen ... Der Anteil des "sekundären" Zinns in der Industrie der kapitalistischen Länder beträgt etwa ein Drittel der Gesamtproduktion. In unserem Land sind etwa hundert industrielle Zinnrückgewinnungsanlagen in Betrieb.
Wie wird Zinn aus Weißblech entfernt? Mechanisch ist dies fast unmöglich, also nutzen sie die unterschiedlichen chemischen Eigenschaften von Eisen und Zinn. Am häufigsten wird Zinn mit gasförmigem Chlor behandelt. Eisen in Abwesenheit von Feuchtigkeit reagiert nicht damit. Zinn verbindet sich sehr leicht mit Chlor. Es entsteht eine rauchende Flüssigkeit - Zinnchlorid SnCl 4, das in der Chemie- und Textilindustrie verwendet oder an einen Elektrolyseur geschickt wird, um daraus metallisches Zinn zu gewinnen. Und wieder beginnt der „Kreis“: Stahlbleche werden mit diesem Blech überzogen, sie bekommen Weißblech. Es wird zu Krügen verarbeitet, die Krüge werden mit Essen gefüllt und verschlossen. Dann werden sie sie öffnen, Konserven essen, die Dosen wegwerfen. Und dann werden sie (leider nicht alle) wieder in die Fabriken von "sekundärem" Zinn gelangen.
Andere Elemente bilden einen Kreislauf in der Natur unter Beteiligung von Pflanzen, Mikroorganismen usw. Der Zinnkreislauf ist das Werk von Menschenhand.
Zinn in Legierungen
Etwa die Hälfte der weltweiten Zinnproduktion geht an Blechdosen. Die andere Hälfte - in der Metallurgie, um verschiedene Legierungen zu erhalten. Wir werden nicht im Detail auf die berühmteste der Zinnlegierungen - Bronze - eingehen und die Leser auf einen Artikel über Kupfer verweisen - ein weiterer wichtiger Bestandteil von Bronzen. Dies ist umso berechtigter, als es zinnlose Bronzen gibt, aber keine „kupferlosen“. Einer der Hauptgründe für die Herstellung von zinnlosen Bronzen ist die Knappheit von Element Nr. 50. Trotzdem ist zinnhaltige Bronze nach wie vor ein wichtiger Werkstoff für den Maschinenbau und die Kunst.
Die Technik benötigt auch andere Zinnlegierungen. Allerdings werden sie fast nie als Konstruktionsmaterial verwendet: Sie sind nicht stark genug und zu teuer. Aber sie haben andere Eigenschaften, die es ermöglichen, wichtige technische Probleme mit relativ geringem Materialaufwand zu lösen.
Am häufigsten werden Zinnlegierungen als Gleitmaterialien oder Lote verwendet. Mit den ersten können Sie Maschinen und Mechanismen einsparen und Reibungsverluste reduzieren. die zweite verbindet Metallteile.
Von allen Gleitlegierungen haben Zinnkugeln mit bis zu 90 % Zinn die besten Eigenschaften. Weiche und niedrig schmelzende Blei-Zinn-Lote benetzen die Oberfläche der meisten Metalle gut, haben eine hohe Duktilität und Ermüdungsbeständigkeit. Ihr Anwendungsbereich ist jedoch aufgrund der unzureichenden mechanischen Festigkeit der Lote selbst begrenzt.
Zinn ist auch Teil der typografischen Legierung hart. Schließlich sind Zinnbasislegierungen für die Elektrotechnik sehr notwendig. Das wichtigste Material für elektrische Kondensatoren ist Stahl; Dies ist fast reines Zinn, das zu dünnen Blättern verarbeitet wird (der Anteil anderer Metalle in Staniol überschreitet nicht 5%).
Übrigens sind viele Zinnlegierungen echte chemische Verbindungen von Element #50 mit anderen Metallen. Beim Schmelzen interagiert Zinn mit Calcium, Magnesium, Zirkonium, Titan und vielen Seltenerdelementen. Die resultierenden Verbindungen sind durch eine ziemlich hohe Feuerfestigkeit gekennzeichnet. So schmilzt Zirkoniumstannid Zr 3 Sn 2 erst bei 1985°C. Und nicht nur die Feuerfestigkeit des Zirkoniums ist hier „schuld“, sondern auch die Art der Legierung, die chemische Bindung zwischen den sie bildenden Stoffen. Oder ein anderes Beispiel. Magnesium ist nicht als Refraktärmetall einzustufen, 651 °C sind weit entfernt von einem Rekordschmelzpunkt. Zinn schmilzt bei einer noch niedrigeren Temperatur von 232°C. Und ihre Legierung - die Mg 2 Sn-Verbindung - hat einen Schmelzpunkt von 778 ° C.
Die Tatsache, dass das Element Nr. 50 zahlreiche Legierungen dieser Art bildet, zwingt uns, die Aussage kritisch zu hinterfragen, dass nur 7 % des weltweit produzierten Zinns in Form chemischer Verbindungen verbraucht werden („Brief Chemical Encyclopedia“, Bd. 3 , S. 739). Anscheinend sprechen wir hier nur von Verbindungen mit Nichtmetallen.
Verbindungen mit Nichtmetallen
Von diesen Stoffen sind Chloride die wichtigsten. Zinntetrachlorid SnCl 4 löst Jod, Phosphor, Schwefel und viele organische Substanzen. Daher wird es hauptsächlich als sehr spezifisches Lösungsmittel verwendet. Zinndichlorid SnCl 2 wird als Beizmittel beim Färben und als Reduktionsmittel bei der Synthese organischer Farbstoffe verwendet. Eine andere Verbindung des Elements Nr. 50, Natriumstannat Na 2 SnO 3 , hat die gleichen Funktionen in der Textilherstellung. Außerdem wird mit seiner Hilfe Seide beschwert.
Auch die Industrie verwendet in begrenztem Umfang Zinnoxide. SnO wird zur Herstellung von Rubinglas verwendet, und SnO 2 wird zur Herstellung von weißer Glasur verwendet. Goldgelbe Kristalle aus Zinndisulfid SnS 2 werden oft als Blattgold bezeichnet, das „goldenes“ Holz, Gips. Das ist sozusagen die „antimodernste“ Verwendung von Zinnverbindungen. Was ist mit dem Modernsten?
Denken wir nur an Zinnverbindungen, dann ist dies die Verwendung von Bariumstannat BaSnO 3 in der Funktechnik als hervorragendes Dielektrikum. Und eines der Zinnisotope, 119 Sn, spielte eine bedeutende Rolle bei der Untersuchung des Mössbauer-Effekts - ein Phänomen, aufgrund dessen eine neue Forschungsmethode geschaffen wurde - die Gamma-Resonanz-Spektroskopie. Und dies ist nicht der einzige Fall, in dem das alte Metall der modernen Wissenschaft diente.
Am Beispiel von grauem Zinn – einer der Modifikationen des Elements Nr. 50 – wurde ein Zusammenhang zwischen den Eigenschaften und der chemischen Natur des Halbleitermaterials aufgezeigt. Und das ist anscheinend das einzige, woran man sich mit einem freundlichen Wort an graues Zinn erinnern kann: Es brachte mehr Schaden, desto mehr Gutes. Wir werden auf diese Vielfalt von Element #50 zurückkommen, nachdem wir über eine andere große und wichtige Gruppe von Zinnverbindungen gesprochen haben.
Über Organozinn
Es gibt sehr viele elementorganische Verbindungen, die Zinn enthalten. Der erste von ihnen wurde 1852 erhalten.
Substanzen dieser Klasse wurden zunächst nur auf einem Weg erhalten - in der Austauschreaktion zwischen anorganischen Zinnverbindungen und Grignard-Reagenzien. Hier ist ein Beispiel für eine solche Reaktion:
SnCl 4 + 4RMgX → SnR 4 + 4MgXCl
(R ist hier ein Kohlenwasserstoffrest, X ist ein Halogen).
Verbindungen der Zusammensetzung SnR 4 haben keine breite praktische Anwendung gefunden. Aber aus ihnen werden andere Organozinnsubstanzen gewonnen, deren Vorteile unbestritten sind.
Das erste Interesse an Organozinn entstand während des Ersten Weltkriegs. Fast alle damals gewonnenen organischen Zinnverbindungen waren giftig. Diese Verbindungen wurden nicht als toxische Substanzen verwendet, ihre Toxizität gegenüber Insekten, Schimmelpilzen und schädlichen Mikroben wurde später genutzt. Auf Basis von Triphenylzinnacetat (C 6 H 5) 3 SnOOCCH 3 wurde ein wirksames Medikament zur Bekämpfung von Pilzkrankheiten bei Kartoffeln und Zuckerrüben geschaffen. Es stellte sich heraus, dass dieses Medikament eine weitere nützliche Eigenschaft hatte: Es stimulierte das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen.
Zur Bekämpfung von Pilzen, die sich in den Apparaten der Zellstoff- und Papierindustrie entwickeln, wird eine andere Substanz verwendet - Tributylzinnhydroxid (C 4 H 9) 3 SnOH. Dies verbessert die Leistung der Hardware erheblich.
Dibutylzinndilaurinat (C 4 H 9) 2 Sn (OCOC 11 H 23) 2 hat viele „Berufe“. Es wird in der tierärztlichen Praxis als Heilmittel gegen Helminthen (Würmer) eingesetzt. Dieselbe Substanz wird in der chemischen Industrie häufig als Stabilisator für Polyvinylchlorid und andere polymere Materialien und als Katalysator verwendet. Die Reaktionsgeschwindigkeit der Bildung von Urethanen (Monomeren von Polyurethankautschuken) in Gegenwart eines solchen Katalysators steigt um das 37.000-fache.
Auf der Basis von Organozinnverbindungen wurden wirksame Insektizide geschaffen; Organozinngläser schützen zuverlässig vor Röntgenstrahlung, Unterwasserteile von Schiffen sind mit polymerem Blei und Organozinnfarben bedeckt, damit keine Mollusken darauf wachsen.
Dies sind alles Verbindungen des vierwertigen Zinns. Der begrenzte Umfang des Artikels erlaubt es nicht, über viele andere nützliche Substanzen dieser Klasse zu sprechen.
Organische Verbindungen des zweiwertigen Zinns sind dagegen nur wenige und haben bisher kaum praktische Anwendung gefunden.
Über graues Blech
Im frostigen Winter 1916 wurde eine Partie Zinn per Bahn aus dem Fernen Osten in den europäischen Teil Russlands transportiert. Aber es waren keine silbrig-weißen Barren, die auf die Baustelle kamen, sondern meist feines graues Pulver.
Vier Jahre zuvor hatte sich bei der Expedition des Polarforschers Robert Scott eine Katastrophe ereignet. Die Expedition, die zum Südpol unterwegs war, blieb ohne Treibstoff: Es leckte aus Eisenschiffen durch die mit Zinn gelöteten Nähte.
Etwa in den gleichen Jahren hat der berühmte russische Chemiker V.V. Markownikow wurde vom Kommissariat gebeten, zu erklären, was mit den verzinnten Teekannen geschah, die an die russische Armee geliefert wurden. Die Teekanne, die als Fallstudie ins Labor gebracht wurde, war mit grauen Flecken und Wucherungen übersät, die schon bei leichtem Klopfen mit der Hand abfielen. Die Analyse zeigte, dass sowohl Staub als auch Wucherungen nur aus Zinn ohne jegliche Verunreinigungen bestanden.
Was ist in all diesen Fällen mit dem Metall passiert?
Wie viele andere Elemente hat Zinn mehrere allotrope Modifikationen, mehrere Zustände. (Das Wort „Allotropie“ wird aus dem Griechischen mit „eine andere Eigenschaft“, „eine andere Wendung“ übersetzt.) Bei normalen positiven Temperaturen sieht Zinn so aus, dass niemand daran zweifeln kann, dass es zur Klasse der Metalle gehört.
Weißmetall, duktil, formbar. Kristalle aus weißem Zinn (auch Beta-Zinn genannt) sind tetragonal. Die Kantenlänge des Elementarkristallgitters beträgt 5,82 und 3,18 Å. Aber unterhalb von 13,2 °C ist der "normale" Zustand von Zinn anders. Sobald diese Temperaturschwelle erreicht ist, beginnt eine Umordnung in der Kristallstruktur des Zinnbarrens. Weißes Zinn wird in pulverförmiges graues oder Alpha-Zinn umgewandelt, und je niedriger die Temperatur ist, desto größer ist die Geschwindigkeit dieser Umwandlung. Sie erreicht ihr Maximum bei minus 39°C.
Graue Zinnkristalle mit kubischer Konfiguration; die Abmessungen ihrer Elementarzellen sind größer - die Kantenlänge beträgt 6,49 Å. Daher ist die Dichte von grauem Zinn deutlich geringer als die von weißem: 5,76 bzw. 7,3 g/cm3.
Das Ergebnis, dass weißes Zinn grau wird, wird manchmal als „Zinnpest“ bezeichnet. Flecken und Bewuchs auf Armee-Teekannen, Waggons mit Zinnstaub, flüssigkeitsdurchlässig gewordene Nähte sind die Folgen dieser „Krankheit“.
Warum passieren solche Geschichten nicht jetzt? Nur aus einem Grund: Sie lernten, die Zinnpest zu „behandeln“. Seine physikalisch-chemische Natur ist aufgeklärt, es wurde festgestellt, wie sich bestimmte Zusätze auf die Anfälligkeit des Metalls für die „Pest“ auswirken. Es stellte sich heraus, dass Aluminium und Zink zu diesem Prozess beitragen, während Wismut, Blei und Antimon dem entgegenwirken.
Neben weißem und grauem Zinn wurde eine weitere allotrope Modifikation des Elements Nr. 50 gefunden – Gamma-Zinn, das bei Temperaturen über 161 °C stabil ist. Ein charakteristisches Merkmal eines solchen Zinns ist die Zerbrechlichkeit. Wie alle Metalle wird Zinn mit steigender Temperatur duktiler, allerdings erst bei Temperaturen unter 161°C. Dann verliert es vollständig seine Plastizität, verwandelt sich in Gamma-Zinn und wird so spröde, dass es zu Pulver zerkleinert werden kann.
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Oft enden Artikel über die Elemente mit der Argumentation des Autors über die Zukunft seines "Helden". In der Regel wird es in rosa Licht gezeichnet. Diese Chance bleibt dem Autor des Artikels über Zinn verwehrt: Die Zukunft des zweifellos nützlichsten Metalls Zinn ist unklar. Es ist nur aus einem Grund nicht klar.
Vor einigen Jahren veröffentlichte das US Bureau of Mines Berechnungen, die zeigten, dass die nachgewiesenen Reserven des Elements Nr. 50 weltweit höchstens 35 Jahre reichen würden. Danach wurden zwar mehrere neue Lagerstätten gefunden, darunter die größten in Europa, die sich auf dem Territorium der Volksrepublik Polen befinden. Dennoch beunruhigt die Zinnknappheit die Fachwelt weiter.
Deshalb möchten wir Sie zum Abschluss der Geschichte über das Element Nr. 50 noch einmal an die Notwendigkeit erinnern, Zinn zu retten und zu schützen.
Das Fehlen dieses Metalls beunruhigte sogar die Klassiker der Literatur. Erinnerst du dich an Andersen? „Vierundzwanzig Soldaten waren genau gleich, und der fünfundzwanzigste Soldat war einbeinig. Es wurde zuletzt gegossen, und es fehlte ein wenig Zinn.“ Jetzt fehlt der Dose nicht wenig. Kein Wunder, dass sogar zweibeinige Zinnsoldaten eine Seltenheit geworden sind - Plastiksoldaten sind häufiger anzutreffen. Aber bei allem Respekt vor Polymeren, sie können Zinn nicht immer ersetzen.
Isotope
Zinn ist eines der "multiisotopischsten" Elemente: Natürliches Zinn besteht aus zehn Isotopen mit den Massenzahlen 112, 114...120, 122 und 124. Das häufigste davon ist 120 Sn, davon macht es etwa 33 % aus alles irdische Zinn. Fast 100-mal kleiner als Zinn-115, das seltenste Isotop von Element Nr. 50. Weitere 15 Zinnisotope mit den Massenzahlen 108...111, 113, 121, 123, 125...132 wurden künstlich gewonnen. Die Lebensdauer dieser Isotope ist weit davon entfernt. Zinn-123 hat also eine Halbwertszeit von 136 Tagen und Zinn-132 nur 2,2 Minuten.
Warum heißt Bronze Bronze?
Das Wort „Bronze“ klingt in vielen europäischen Sprachen fast gleich. Sein Ursprung ist mit dem Namen eines kleinen italienischen Hafens an der Adria verbunden - Brindisi. Über diesen Hafen wurde früher Bronze nach Europa geliefert, und im alten Rom hieß diese Legierung „es brindisi“ – Kupfer aus Brindisi.
Zu Ehren des Erfinders
Das lateinische Wort frictio bedeutet Reibung. Daher der Name Anti-Friction-Materialien, also Materialien "gegen Reibung". Sie nutzen sich etwas ab, sind weich und dehnbar. Ihre Hauptanwendung ist die Herstellung von Lagerschalen. Die erste Gleitlegierung auf Basis von Zinn und Blei wurde 1839 von dem Ingenieur Babbitt vorgeschlagen. Daher der Name einer großen und sehr wichtigen Gruppe von Gleitlegierungen - Babbits.
Dose zum Einmachen
Die Methode der Langzeitkonservierung von Lebensmitteln durch Konservieren in verzinnten Blechdosen wurde erstmals 1809 vom französischen Koch F. Appert vorgeschlagen.
Vom Grund des Ozeans
1976 wurde ein ungewöhnliches Unternehmen gegründet, das als REP abgekürzt wird. Es wird wie folgt entschlüsselt: Explorations- und Produktionsunternehmen. Es befindet sich hauptsächlich auf Schiffen. Jenseits des Polarkreises, in der Laptewsee, im Bereich der Vankina-Bucht, gewinnt REP zinnhaltigen Sand vom Meeresboden. Hier, an Bord eines der Schiffe, befindet sich eine Anreicherungsanlage.
Weltproduktion
Nach amerikanischen Angaben betrug die weltweite Zinnproduktion im Jahr 1975 174..180.000 Tonnen.
Zinn ist ein chemisches Element mit dem Symbol Sn (von lateinisch: Stannum) und der Ordnungszahl 50. Es ist ein Post-Übergangsmetall der Gruppe 14 des Periodensystems der Elemente. Zinn wird hauptsächlich aus dem zinndioxidhaltigen Mineral Zinnerz SnO2 gewonnen. Zinn hat chemische Ähnlichkeiten mit seinen beiden Nachbarn der Gruppe 14, Germanium und Blei, und hat zwei Hauptoxidationsstufen, +2 und die etwas stabilere +4. Zinn ist das 49. häufigste Element und hat aufgrund seiner „magischen“ Anzahl an Protonen die stabilsten Isotope im Periodensystem (mit 10 stabilen Isotopen). Zinn hat zwei Hauptallotrope: Bei Raumtemperatur ist das stabile Allotrop β-Zinn, ein silbrig-weißes, formbares Metall, aber bei niedrigen Temperaturen verwandelt sich Zinn in ein weniger dichtes graues α-Zinn, das eine kubische Diamantstruktur hat. Metallzinn oxidiert nicht leicht an der Luft. Die erste Legierung, die in großem Umfang verwendet wurde, war Bronze, hergestellt aus Zinn und Kupfer, beginnend um 3000 v. e. Nach 600 v. e. produziert reines metallisches Zinn. Eine Legierung aus Zinn und Blei, die zu 85-90 % aus Zinn besteht und normalerweise aus Kupfer, Antimon und Blei besteht, wurde von der Bronzezeit bis ins 20. Jahrhundert zur Herstellung von Gebrauchsgegenständen verwendet. Heutzutage wird Zinn in vielen Legierungen verwendet, am häufigsten in weichen Zinn/Blei-Legierungen, die typischerweise 60 % oder mehr Zinn enthalten. Eine weitere übliche Verwendung für Zinn ist eine korrosionsbeständige Beschichtung auf Stahl. Anorganische Zinnverbindungen sind eher ungiftig. Aufgrund seiner geringen Toxizität wurde verzinntes Metall verwendet, um Lebensmittel mit Blechdosen zu verpacken, die tatsächlich meistens aus Stahl oder Aluminium bestehen. Allerdings kann eine übermäßige Aufnahme von Zinn zu Problemen mit dem Stoffwechsel essentieller Mikronährstoffe wie Kupfer und Zink führen, und einige Organozinnverbindungen können fast so giftig sein wie Cyanid.
Eigenschaften
Physisch
Zinn ist ein weiches, formbares, duktiles und hochkristallines silberweißes Metall. Wenn eine Blechplatte gebogen wird, ist ein knisterndes Geräusch, bekannt als "Zinnriss", durch die Zwillingsbildung der Kristalle zu hören. Zinn schmilzt bei einer niedrigen Temperatur, etwa 232 °C, der niedrigsten in Gruppe 14. Der Schmelzpunkt sinkt weiter auf 177,3 °C für 11-nm-Partikel. β-Zinn (Metallform oder weißes Zinn, BCT-Struktur), das bei Raumtemperatur und darüber stabilisiert ist, formbar. Im Gegensatz dazu ist α-Zinn (die nichtmetallische Form oder graues Zinn), das bis 13,2 °C stabilisiert wird, spröde. α-Zinn hat eine kubische Kristallstruktur ähnlich wie Diamant, Silizium oder Germanium. α-Zinn hat überhaupt keine metallischen Eigenschaften, da seine Atome eine kovalente Struktur bilden, in der sich Elektronen nicht frei bewegen können. Es ist ein mattgraues pulverförmiges Material, das über einige wenige spezialisierte Halbleiteranwendungen hinaus keine breite Anwendung findet. Diese beiden Allotrope, α-Zinn und β-Zinn, sind besser bekannt als Zinngrau bzw. Zinnweiß. Zwei weitere Allotrope, γ und σ, existieren bei Temperaturen über 161 °C und Drücken über mehreren Gigapascal. Unter kalten Bedingungen wandelt sich β-Zinn spontan in α-Zinn um. Dieses Phänomen ist als „Zinnpest“ bekannt. Obwohl die α-β-Umwandlungstemperatur nominell 13,2 °C beträgt und Verunreinigungen (z. B. Al, Zn usw.) unterhalb der Übergangstemperatur unter 0 °C liegen und bei Zugabe von Sb oder Bi die Umwandlung überhaupt nicht stattfinden kann, Erhöhung der Haltbarkeit der Dose. Kommerzielle Zinnqualitäten (99,8 %) widerstehen der Umwandlung aufgrund der hemmenden Wirkung kleiner Mengen von Wismut, Antimon, Blei und Silber, die als Verunreinigungen vorhanden sind. Legierungselemente wie Kupfer, Antimon, Wismut, Cadmium, Silber erhöhen die Härte des Stoffes. Zinn bildet recht leicht harte, spröde intermetallische Phasen, die oft unerwünscht sind. Zinn bildet im Allgemeinen nicht viele feste Lösungen in anderen Metallen, und mehrere Elemente haben eine nennenswerte feste Löslichkeit in Zinn. Einfache eutektische Systeme werden jedoch bei Wismut, Gallium, Blei, Thallium und Zink beobachtet. Zinn wird unterhalb von 3,72 K zum Supraleiter und ist einer der ersten untersuchten Supraleiter; Der Meissner-Effekt, eines der charakteristischen Merkmale von Supraleitern, wurde erstmals in supraleitenden Zinnkristallen entdeckt.
Chemische Eigenschaften
Zinn widersteht der Korrosion durch Wasser, kann jedoch von Säuren und Laugen angegriffen werden. Zinn kann hochglanzpoliert und als Schutzschicht für andere Metalle verwendet werden. Eine schützende (passive) Oxidschicht verhindert eine weitere Oxidation, die sich auch auf Zinn und anderen Zinnlegierungen bildet. Zinn wirkt als Katalysator, wenn Sauerstoff in Lösung ist, und trägt zur Beschleunigung der chemischen Korrosion bei.
Isotope
Zinn hat zehn stabile Isotope mit den Atommassen 112, 114 bis 120, 122 und 124, die größte Anzahl aller Elemente. Die häufigsten davon sind 120Sn (fast ein Drittel des gesamten Zinns), 118Sn und 116Sn, während 115Sn am seltensten vorkommt. Isotope mit geraden Massenzahlen haben keinen Kernspin, während Isotope mit ungeraden Zahlen einen Spin von +1/2 haben. Zinn ist mit den drei üblichen Isotopen 116Sn, 118Sn und 120Sn eines der am einfachsten zu erkennenden und mittels NMR-Spektroskopie zu analysierenden Elemente. Diese große Anzahl stabiler Isotope ist vermutlich eine direkte Folge der Ordnungszahl 50, der „magischen Zahl“ in der Kernphysik. Zinn kommt auch in 29 instabilen Isotopen vor, die alle anderen Atommassen von 99 bis 137 umfassen. Mit Ausnahme von 126Sn mit einer Halbwertszeit von 230.000 Jahren haben alle Radioisotope eine Halbwertszeit von weniger als einem Jahr. Das 1994 entdeckte radioaktive 100Sn und 132Sn gehören zu den wenigen Nukliden mit einem "doppelt magischen" Kern: Obwohl sie instabil sind, stellen sie mit sehr ungleichmäßigen Proton-Neutron-Verhältnissen Endpunkte dar, jenseits derer die Stabilität schnell abfällt. Weitere 30 metastabile Isomere waren charakteristisch für Isotope zwischen 111 und 131, wobei das stabilste 121mSn mit einer Halbwertszeit von 43,9 Jahren war. Die relativen Unterschiede in der Häufigkeit stabiler Zinnisotope lassen sich durch ihre unterschiedlichen Bildungsweisen bei der stellaren Nukleosynthese erklären. 116Sn bis einschließlich 120Sn werden in den meisten Sternen im s-Prozess (langsame Neutronen) gebildet und sind daher die häufigsten Isotope, während 122Sn und 124Sn nicht nur im R-Prozess (schnelle Neutronen) in Supernovae und seltener gebildet werden. (Die Isotope 117Sn bis 120Sn profitieren ebenfalls vom r-Prozess.) Schließlich können die seltensten protonenreichen Isotope, 112Sn, 114Sn und 115Sn, in den s- und r-Prozessen nicht in nennenswerten Mengen produziert werden und gehören zu den p - Kerne, deren Ursprung nicht vollständig geklärt ist. Einige der vorgeschlagenen Mechanismen für ihre Bildung umfassen Protoneneinfang sowie Photospaltung, obwohl 115Sn auch teilweise im s-Prozess produziert werden kann, sowohl auf einmal als auch als „Tochter“ des langlebigen 115In.
Etymologie
Das englische Wort tin (tin) ist den germanischen Sprachen gemeinsam und lässt sich auf das rekonstruierte protogermanische *tin-om zurückführen; Verwandte sind deutsches Zinn, schwedisches Tenn und niederländisches Zinn. In anderen Zweigen der indogermanischen Sprachen kommt das Wort mit Ausnahme einer Entlehnung aus dem Germanischen nicht vor (z. B. kommt das irische Wort tinne vom englischen tin). Der lateinische Name Stannum bedeutete ursprünglich eine Legierung aus Silber und Blei und wurde im 4. Jahrhundert v. e. es bedeutete "Zinn" - das frühere lateinische Wort dafür war Plumbum Quandum oder "weißes Blei". Das Wort Stannum scheint von einem früheren Stāgnum (derselben Substanz) abzustammen, dem Ursprung der romanischen und keltischen Bezeichnung für Zinn. Der Ursprung von Stannum/Stāgnum ist unbekannt; es kann vorindoeuropäisch sein. Umgekehrt gilt Stannum laut Meyer's Collegiate Dictionary als vom kornischen Stean abgeleitet und ist ein Beweis dafür, dass Cornwall in den ersten Jahrhunderten nach Christus die Hauptquelle für Zinn war.
Geschichte
Die Gewinnung und Verwendung von Zinn begann in der Bronzezeit um 3000 v. h., als festgestellt wurde, dass Kupfergegenstände aus polymetallischen Erzen mit unterschiedlichem Metallgehalt unterschiedliche physikalische Eigenschaften haben. Die frühesten Bronzeobjekte enthielten weniger als 2 % Zinn oder Arsen und sind daher vermutlich das Ergebnis einer unbeabsichtigten Legierung, indem der Metallgehalt des Kupfererzes verfolgt wurde. Das Hinzufügen eines zweiten Metalls zu Kupfer erhöht seine Festigkeit, senkt seinen Schmelzpunkt und verbessert den Gießprozess, indem es eine flüssigere Schmelze erzeugt, die beim Abkühlen dichter und weniger schwammig ist. Dies ermöglichte die Schaffung viel komplexerer Formen geschlossener Bronzeobjekte. Arsen-Bronze-Objekte tauchten vor allem im Nahen Osten auf, wo Arsen häufig in Verbindung mit Kupfererz gefunden wird, jedoch wurden die mit der Verwendung solcher Objekte verbundenen Gesundheitsrisiken bald klar, und die Suche nach Quellen für weit weniger gefährliche Zinnerze begann früh Bronzezeit. Dies schuf eine Nachfrage nach dem seltenen metallischen Zinn und bildete ein Handelsnetz, das entfernte Zinnquellen mit den Märkten der bronzezeitlichen Kulturen verband. Kassiterit oder Zinnerz (SnO2), Zinnoxid, war höchstwahrscheinlich die ursprüngliche Zinnquelle in der Antike. Andere Formen von Zinnerzen sind die weniger verbreiteten Sulfide wie Stannit, die einen aggressiveren Schmelzprozess erfordern. Kassiterit sammelt sich oft als Seifenablagerungen in alluvialen Kanälen an, weil es schwerer, härter und chemisch widerstandsfähiger als Granit ist. Kassiterit ist normalerweise schwarz oder im Allgemeinen von dunkler Farbe, und seine Ablagerungen sind an Flussufern gut sichtbar. Alluviale (Seifen-) Ablagerungen können leicht gesammelt und durch ähnliche Methoden wie beim Goldwaschen getrennt werden.
Verbindungen und Chemie
In der überwiegenden Mehrheit hat Zinn eine Oxidationsstufe von II oder IV.
Anorganische Verbindungen
Halogenverbindungen sind für beide Oxidationsstufen bekannt. Für SN(IV) sind alle vier Halogenide gut bekannt: SnF4, SnCl4, SnBr4 und SnI4. Die drei schwersten Elemente sind flüchtige molekulare Verbindungen, während Tetrafluorid polymer ist. Alle vier Halogenide für Sn(II) sind ebenfalls bekannt: SnF2, SnCl2, SnBr2 und SnI2. Alle sind polymere Feststoffe. Von diesen acht Verbindungen sind nur Jodide gefärbt. Zinn(II)-chlorid (auch bekannt als Zinnchlorid) ist das wichtigste kommerzielle Zinnhalogenid. Chlor reagiert mit Zinnmetall zu SnCl4, während die Reaktion von Salzsäure und Zinn SnCl2 und hydriertes Gas erzeugt. Darüber hinaus verbinden sich SnCl4 und Sn mit Zinnchlorid durch einen Prozess, der Co-Proportionierung genannt wird: SnCl4 + CH → 2 Sncl2 Zinn kann viele Oxide, Sulfide und andere Chalkogenidderivate bilden. Beim Erhitzen von Zinn in Gegenwart von Luft entsteht SnO2-Dioxid (Kasiterit). SnO2 ist von Natur aus amphoter, was bedeutet, dass es sich sowohl in sauren als auch in basischen Lösungen auflöst. Stannate mit der Struktur Sn(OH)6]2 wie K2 sind ebenfalls bekannt, obwohl die freie Zinnsäure H2[CH(one)6] unbekannt ist. Zinnsulfide existieren sowohl in den Oxidationsstufen +2 als auch +4: Zinn(II)-Sulfid und Zinn(IV)-Sulfid (Mosaikgold).
Hydride
Stannan (SnH4) mit Zinn in der Oxidationsstufe +4 ist instabil. Hingegen sind Organozinnhydride gut bekannt, z. B. Tributylinhydrid (Sn(C4H9)3H). Diese Verbindungen setzen vorübergehend Tributylzinn-Zinn-Radikale frei, die seltene Beispiele für Zinn(III)-Verbindungen sind.
Organozinnverbindungen
Organozinnverbindungen, manchmal auch als Stannane bezeichnet, stellen chemische Verbindungen mit Zinn-Kohlenstoff-Bindungen dar. Von den Zinnverbindungen sind organische Derivate kommerziell am nützlichsten. Einige Organozinnverbindungen sind hochgiftig und werden als Biozide eingesetzt. Die erste bekannte Organozinnverbindung war Diethylzinndiodid (C2H5)2SnI2), das 1849 von Edward Frankland entdeckt wurde. Die meisten Organozinnverbindungen sind farblose Flüssigkeiten oder Feststoffe, die luft- und wasserbeständig sind. Sie nehmen eine tetraedrische Geometrie an. Tetraalkyl- und Tetraarylzinnverbindungen können mit Grignards Reagenzien hergestellt werden:
4 + 4 RMgBr → R
Gemischte Halogenidalkyle, die häufiger und von größerem kommerziellem Wert sind als tetraorganische Derivate, werden durch Umverteilungsreaktionen hergestellt:
4Sn → 2SnCl2R2
Zweiwertige Organozinnverbindungen sind selten, wenn auch häufiger als zweiwertige Organogermanium- und Organosiliciumverbindungen. Die große Stabilisierung, die Sn(II) hat, ist auf den "Trägheitspaareffekt" zurückzuführen. Organozinn(II)-Verbindungen umfassen sowohl Stannylene (Formel: R2Sn, wie bei Singulettcarbenen) als auch Distannylene (R4Sn2), die ungefähr Alkenen entsprechen. Beide Klassen zeigen ungewöhnliche Reaktionen.
Entstehung
Zinn entsteht in einem langen s-Prozess in Sternen mit geringer und mittlerer Masse (mit 0,6- bis 10-facher Sonnenmasse) und schließlich beim Beta-Zerfall schwerer Isotope des Indiums. Zinn ist mit 2 ppm das am häufigsten vorkommende Element 49 in der Erdkruste, verglichen mit 75 mg/l für Zink, 50 mg/l für Kupfer und 14 ppm für Blei. Zinn kommt nicht als natürliches Element vor, sondern muss aus verschiedenen Erzen gewonnen werden. Kassiterit (SnO2) ist die einzige kommerziell wichtige Zinnquelle, obwohl kleine Mengen Zinn aus komplexen Sulfiden wie Stannit, Cypindrit, Frankeit, Canfieldit und Thilit gewonnen werden. Zinnmineralien sind fast immer mit Granitgestein verbunden, normalerweise in Konzentrationen von 1 % Zinnoxid. Aufgrund des hohen spezifischen Gewichts von Zinndioxid stammen etwa 80 % des geförderten Zinns aus sekundären Lagerstätten, die aus primären Lagerstätten stammen. Zinn wird oft aus Pellets gewonnen, die in der Vergangenheit flussabwärts gespült und in Tälern oder im Meer abgelagert wurden. Die wirtschaftlichsten Methoden zur Gewinnung von Zinn sind Baggerarbeiten, Hydraulik oder Tagebau. Der größte Teil des Zinns der Welt wird aus alluvialen Ablagerungen gewonnen, die nur 0,015 % Zinn enthalten können. Weltreserven von Zinnminen (Tonnen, 2011)
Indonesien 800000
Brasilien 590000
Bolivien 400000
Russland 350000
Australien 180000
Thailand 170000
Andere 180000
Insgesamt 4800000
China 1500000
Malaysia 250000
Im Jahr 2011 wurden rund 253.000 Tonnen Zinn abgebaut, hauptsächlich in China (110.000 Tonnen), Indonesien (51.000 Tonnen), Peru (34.600 Tonnen), Bolivien (20.700 Tonnen) und Brasilien (12.000 Tonnen). Die Schätzungen der Zinnproduktion haben sich in der Vergangenheit je nach der Dynamik der wirtschaftlichen Machbarkeit und der Entwicklung der Bergbautechnologien verändert, aber es wird geschätzt, dass der Zinnabbau bei den derzeitigen Verbrauchsraten und Technologien in 40 Jahren auf der Erde enden wird. Lester Brown schlug vor, dass Zinn innerhalb von 20 Jahren zur Neige gehen könnte, basierend auf einer äußerst konservativen Extrapolation von 2 % Wachstum pro Jahr. Wirtschaftlich gewinnbare Zinnreserven: Mio. Tonnen pro Jahr
Sekundär- oder Schrottzinn ist ebenfalls eine wichtige Quelle für dieses Metall. Die Rückgewinnung von Zinn durch Sekundärproduktion oder Verarbeitung von Altzinn nimmt schnell zu. Obwohl die Vereinigten Staaten seit 1993 weder Zinn abgebaut noch seit 1989 Zinn geschmolzen haben, waren sie der größte Sekundärproduzent von Zinn und recycelten im Jahr 2006 fast 14.000 Tonnen. Neue Lagerstätten befinden sich im Süden der Mongolei, und 2009 wurden neue Zinnlagerstätten in Kolumbien von der Seminole Group Colombia CI, SAS entdeckt.
Produktion
Zinn wird durch carbothermische Reduktion von oxidischem Erz mit Kohle oder Koks gewonnen. Es können Flammöfen und Elektroöfen verwendet werden.
Preis und Umtausch
Zinn ist einzigartig unter anderen mineralischen Rohstoffen aufgrund komplexer Vereinbarungen zwischen produzierenden und verbrauchenden Ländern, die bis ins Jahr 1921 zurückreichen. Frühere Vereinbarungen waren eher informell und sporadisch und führten 1956 zum „Ersten Internationalen Zinnabkommen“, dem ersten einer dauerhaften Reihe von Vereinbarungen, die 1985 effektiv ausliefen. Durch diese Reihe von Vereinbarungen hatte der International Tin Council (ITC) einen erheblichen Einfluss auf die Zinnpreise. Das MCO stützte den Zinnpreis in Zeiten niedriger Preise, indem es Zinn für seinen Pufferbestand kaufte, und konnte den Preis in Zeiten hoher Preise niedrig halten, indem es Zinn aus diesem Bestand verkaufte. Dies war ein marktfeindlicher Ansatz, der sicherstellen sollte, dass Zinn in die Verbraucherländer fließt und den Erzeugerländern einen Gewinn bringt. Der Pufferbestand war jedoch nicht groß genug, und in den meisten dieser 29 Jahre stiegen die Zinnpreise, manchmal dramatisch, insbesondere von 1973 bis 1980, als viele Volkswirtschaften der Welt von einer grassierenden Inflation geplagt wurden. In den späten 1970er und frühen 1980er Jahren waren die Zinnbestände der US-Regierung in einem aggressiven Verkaufsmodus, teilweise um von historisch hohen Zinnpreisen zu profitieren. Die scharfe Rezession von 1981-82 erwies sich als ziemlich hart für die Zinnindustrie. Der Zinnverbrauch ist stark zurückgegangen. Der MSO konnte einen wirklich scharfen Schnitt vermeiden, indem er schnell für seine Pufferbestände kaufte; Diese Aktivität hat dazu geführt, dass MSOs umfangreiche Kredite von Banken und Stahlhandelsunternehmen aufgenommen haben, um ihre Ressourcen zu erweitern. MCO nahm bis Ende 1985, als es sein Kreditlimit erreichte, weiterhin Kredite auf. Unmittelbar danach kam die große „Zinnkrise“, dann wurde Zinn für drei Jahre vom Handel an der Londoner Metallbörse ausgeschlossen, die MCO brach bald zusammen, und der Preis für Zinn, bereits auf einem freien Markt, fiel stark auf 4 $ pro Pfund (453 g) und blieb bis in die 1990er Jahre auf diesem Niveau. Der Preis stieg bis 2010 mit einer Erholung des Verbrauchs nach der Weltwirtschaftskrise 2008-09, die mit einer Wiederaufnahme und einem anhaltenden Wachstum des Verbrauchs in den Entwicklungsländern einherging. Die London Metal Exchange (LME) ist der Haupthandelsplatz für Zinn. Weitere Zinnmärkte sind der Kuala Lumpur Tin Market (KLTM) und die Indonesian Tin Exchange (INATIN).
Anwendungen
Im Jahr 2006 wurde etwa die Hälfte des produzierten Zinns in Lot verwendet. Der Rest der Anwendungen verteilte sich auf Verzinnung, Zinnchemikalien, Messing- und Bronzelegierungen sowie Nischenanwendungen.
Lot
Zinn wird seit langem in Legierungen mit Blei als Lötmittel verwendet und reicht von 5 bis 70%. Zinn bildet mit Blei ein eutektisches Gemisch im Verhältnis von 63 % Zinn und 37 % Blei. Solche Lote werden zum Verbinden von Rohren oder elektrischen Schaltungen verwendet. Am 1. Juli 2006 traten die Richtlinie über Elektro- und Elektronik-Altgeräte (WEEE-Richtlinie) und die Richtlinie zur Beschränkung gefährlicher Stoffe in Kraft. Der Bleigehalt in solchen Legierungen hat abgenommen. Das Ersetzen von Blei bringt viele Probleme mit sich, darunter ein höherer Schmelzpunkt und Zinnwhisker. Bei bleifreien Loten kann eine „Zinnpest“ beobachtet werden.
Verzinnung
Zinn bindet Eisen gut und wird zum Beschichten von Blei, Zink und Stahl verwendet, um Korrosion zu verhindern. Verzinnte Stahlbehälter werden weithin für die Lebensmittelkonservierung verwendet und bilden den Großteil des Marktes für Metalldosen. In London wurde 1812 erstmals eine Blechdose zur Lebensmittelkonservierung hergestellt. Im britischen Englisch heißen solche Banken „tins“, in Amerika „cans“ oder „tin cans“. Der umgangssprachliche Begriff für eine Dose Bier ist „tinnie“ oder „tinny“. Kupferkochgefäße wie Töpfe und Pfannen sind oft mit einer dünnen Zinnschicht ausgekleidet, da die Kombination von säurehaltigen Speisen mit Kupfer giftig sein kann.
Speziallegierungen
Zinn verbindet sich mit anderen Elementen, um viele nützliche Legierungen zu bilden. Zinn wird meistens mit Kupfer legiert. Eine Legierung aus Zinn mit Blei hat 85-99 % Zinn; Lagermetall enthält auch einen hohen Anteil an Zinn. Die Bronze besteht hauptsächlich aus Kupfer (12 % Zinn), während die Zugabe von Phosphor Phosphorbronze erzeugt. Glockenbronze ist ebenfalls eine Kupfer-Zinn-Legierung mit 22 % Zinn. Zinn wurde manchmal in Münzen verwendet, um amerikanische und kanadische Pennys herzustellen. Aufgrund der Tatsache, dass Kupfer oft das Grundmetall in solchen Münzen ist, manchmal einschließlich Zink, können sie als Bronze- und/oder Messinglegierungen bezeichnet werden. Die Niob-Zinn-Verbindung Nb3Sn wurde aufgrund ihrer hohen kritischen Temperatur (18 K) und ihres kritischen Magnetfelds (25 T) kommerziell in Spulen von supraleitenden Magneten verwendet. Ein nur zwei Kilogramm schwerer supraleitender Magnet kann das gleiche Magnetfeld erzeugen wie Elektromagnete mit normalem Gewicht. Zur Auskleidung von Kernbrennstoff wird Zirkoniumlegierungen ein geringer Zinnanteil zugesetzt. Die meisten Metallpfeifen einer Orgel haben unterschiedliche Mengen an Zinn/Blei, wobei 50/50-Legierungen am häufigsten vorkommen. Die Zinnmenge in der Pfeife bestimmt den Ton der Pfeife, da das Zinn dem Instrument die gewünschte Resonanz verleiht. Wenn die Zinn/Blei-Legierung abgekühlt wird, kühlt das Blei etwas schneller ab und erzeugt einen gesprenkelten oder gesprenkelten Effekt. Diese Metalllegierung wird als geflecktes Metall bezeichnet. Die Hauptvorteile der Verwendung von Zinn für Rohre sind sein Aussehen, seine Verarbeitbarkeit und seine Korrosionsbeständigkeit.
Andere Verwendungen
Perforierter verzinnter Stahl ist eine Handwerkstechnik, die ihren Ursprung in Mitteleuropa hat, um Haushaltsgegenstände herzustellen, die sowohl funktional als auch dekorativ sind. Perforierte Blechlaternen sind die häufigste Anwendung dieser Technik. Durch die Perforation scheinendes Kerzenlicht erzeugt ein dekoratives Lichtmuster. Laternen und anderes perforiertes Zinn wurden in der Neuen Welt seit den frühesten europäischen Siedlungen hergestellt. Ein berühmtes Beispiel ist die Revere-Laterne, benannt nach Pavel Revere. Bis in die Neuzeit wurde in einigen Gebieten der Alpen ein Ziegen- oder Widderhorn geschärft und Metall in Form eines Alphabets und Zahlen von eins bis neun durchbohrt. Dieses Lernwerkzeug wurde einfach als "Horn" bezeichnet. Moderne Reproduktionen sind mit Motiven wie Herzen und Tulpen verziert. In Amerika wurden Holzschränke in verschiedenen Stilen und Größen für Kuchen und Lebensmittel vor dem Kühlen verwendet, um Schädlinge und Insekten abzuwehren und verderbliche Lebensmittel vor Staub zu schützen. Dies waren entweder Boden- oder Hängeschränke. Diese Schränke hatten Blecheinsätze in den Türen und manchmal auch an den Seiten. Fensterscheiben werden am häufigsten hergestellt, indem geschmolzenes Glas auf geschmolzenes Zinn gelegt wird (Floatglas ist Flachglas aus geschmolzenem Metall), was zu einer makellos glatten Oberfläche führt. Dies wird auch als „Pilkington-Prozess“ bezeichnet. Zinn wird auch als negative Elektrode in modernen Lithium-Ionen-Batterien verwendet. Seine Verwendung wird durch die Tatsache eingeschränkt, dass einige Zinnoberflächen die Zersetzung von Carbonat-Elektrolyten katalysieren, die in Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden. Einigen Zahnputzmitteln wird Zinn(II)-Fluorid zugesetzt (SnF2). Zinn(II)-Fluorid kann mit Calcium-Schleifmitteln gemischt werden, während das gebräuchlichere Natriumfluorid in Gegenwart von Calciumverbindungen allmählich biologisch inaktiv wird. Es hat sich auch als wirksamer als Natriumfluorid bei der Bekämpfung von Gingivitis erwiesen.
Organozinnverbindungen
Unter allen chemischen Verbindungen des Zinns werden Organozinnverbindungen am häufigsten verwendet. Ihre industrielle Weltproduktion übersteigt wahrscheinlich 50.000 Tonnen.
PVC-Stabilisatoren
Die hauptsächliche kommerzielle Verwendung von Organozinnverbindungen liegt in der Stabilisierung von PVC-Kunststoffen. Ohne solche Stabilisatoren würde PVC ansonsten durch Hitze, Licht und Luftsauerstoff schnell abgebaut, wodurch das Produkt verfärbt und spröde wird. Das Zinn fängt die labilen Chloridionen (Cl−) ab, die sonst den Verlust von HCl aus dem Kunststoff verursachen würden. Typische Zinnverbindungen sind von Dibutylzinndichlorid abgeleitete Carbonsäuren wie Dibutylzinndilaurat.
Biozide
Einige Organozinnverbindungen sind relativ giftig, was seine Vor- und Nachteile hat. Sie werden aufgrund ihrer bioziden Eigenschaften als Fungizide, Pestizide, Algizide, Holzschutzmittel und Fäulnisschutzmittel verwendet. Als Holzschutzmittel wird Tributylzinnoxid verwendet. Tributylzinn wurde als Additiv in Schiffsanstrichen verwendet, um das Wachstum von Meeresorganismen auf Schiffen zu verhindern, aber die Verwendung ist zurückgegangen, seit Organozinnverbindungen als persistente organische Schadstoffe mit extrem hoher Toxizität für bestimmte Meeresorganismen (z. B. violett) erkannt wurden. Die EU hat die Verwendung von Organozinnverbindungen im Jahr 2003 verboten, während Bedenken hinsichtlich der Toxizität dieser Verbindungen für Meereslebewesen und der Schädigung der Fortpflanzung und des Wachstums einiger Meeresarten bestehen (einige Berichte beschreiben biologische Auswirkungen auf Meereslebewesen bei einer Konzentration von 1 nm pro Liter ) haben zu einem weltweiten Verbot durch die Internationale Seeschifffahrtsorganisation geführt. Derzeit beschränken viele Staaten die Verwendung von Organozinnverbindungen auf Schiffe mit einer Länge von über 25 m.
Organische Chemie
Einige Zinnreagenzien sind in der organischen Chemie nützlich. In seiner häufigsten Anwendung ist Zinnchlorid ein übliches Reduktionsmittel für die Umwandlung von Nitro- und Oximgruppen in Amine. Die Steele-Reaktion bindet Organozinnverbindungen an organische Halogenide oder Pseudohalogenide.
Li-Ionen-Akkus
Zinn bildet mehrere intermetallische Phasen mit Lithiummetall, was es zu einem potenziell attraktiven Material für Batterieanwendungen macht. Die große Volumenausdehnung von Zinn beim Dotieren mit Lithium und die Instabilität der Organozinn-Elektrolyt-Grenzfläche bei niedrigen elektrochemischen Potentialen sind die größten Schwierigkeiten bei der Verwendung in kommerziellen Zellen. Das Problem wurde teilweise von Sony behoben. Intermetallische Zinnverbindungen mit Kobalt und Kohlenstoff werden von Sony in ihren Nexelion-Zellen implementiert, die Ende der 2000er Jahre auf den Markt kamen. Die Zusammensetzung des Wirkstoffs beträgt ungefähr Sn0,3Co0,4C0,3. Jüngste Studien haben gezeigt, dass nur bestimmte Kristallflächen von tetragonalem (beta) Sn für unerwünschte elektrochemische Aktivität verantwortlich sind.
Zinn (lat. Stannum; bezeichnet mit dem Symbol Sn) ist ein Element der Hauptuntergruppe der vierten Gruppe, der fünften Periode des Periodensystems der chemischen Elemente von D. I. Mendelejew, mit der Ordnungszahl 50. Es gehört zur Gruppe des Lichts Metalle. Unter normalen Bedingungen ist der einfache Stoff Zinn ein duktiles, formbares und schmelzbares glänzendes Metall von silbrig-weißer Farbe. Zinn bildet zwei allotrope Modifikationen: unter 13,2 °C stabiles α-Zinn (graues Zinn) mit einem kubischen Diamantgitter, über 13,2 °C stabiles β-Zinn (weißes Zinn) mit einem tetragonalen Kristallgitter.
Geschichte
Zinn war den Menschen bereits im 4. Jahrtausend v. Chr. bekannt. e. Dieses Metall war unzugänglich und teuer, da Produkte daraus in römischen und griechischen Altertümern selten zu finden sind. Zinn wird in der Bibel, dem vierten Buch Mose, erwähnt. Zinn ist (neben Kupfer) einer der Bestandteile von Bronze (siehe Geschichte von Kupfer und Bronze), die Ende oder Mitte des 3. Jahrtausends v. Chr. erfunden wurde. Da Bronze das beständigste der damals bekannten Metalle und Legierungen war, war Zinn während der gesamten „Bronzezeit“, mehr als 2000 Jahre (ganz ungefähr: 35-11 Jahrhunderte v. Chr.), ein „strategisches Metall“.
Herkunft des Namens
Der lateinische Name Stannum, verbunden mit dem Sanskrit-Wort, das "beständig, stark" bedeutet, bezog sich ursprünglich auf eine Legierung aus Blei und Silber und später auf eine andere Legierung, die diese imitierte und etwa 67 % Zinn enthielt; Ab dem 4. Jahrhundert wurde dieses Wort als eigentliches Zinn bezeichnet.
Das Wort Zinn ist ein gebräuchliches slawisches Wort, das Entsprechungen in den baltischen Sprachen hat (vgl. Lit. alavas, alvas - „Zinn“, preußisch alwis - „Blei“). Es ist ein Suffix von der Wurzel ol- (vgl. althochdeutsch elo - "gelb", lateinisch albus - "weiß" usw.), also ist das Metall nach seiner Farbe benannt.
Produktion
Während des Produktionsprozesses wird erzhaltiges Gestein (Kassiterit) in industriellen Mühlen auf eine durchschnittliche Partikelgröße von ~ 10 mm zerkleinert, wonach Kassiterit aufgrund seiner relativ hohen Dichte und Masse durch die Vibrationsschwerkraft von Abfallgestein getrennt wird Methode zur Konzentration von Tabellen. Darüber hinaus wird das Flotationsverfahren zur Erzanreicherung/-reinigung eingesetzt. Das resultierende Zinnerzkonzentrat wird in Öfen geschmolzen. Beim Verhüttungsprozess wird es durch die Verwendung von Holzkohle in der Reduktion wieder in einen freien Zustand versetzt, dessen Schichten abwechselnd mit den Erzschichten gestapelt werden.
Anwendung
1. Zinn wird hauptsächlich als sichere, ungiftige, korrosionsbeständige Beschichtung in reiner Form oder in Legierungen mit anderen Metallen verwendet. Die wichtigsten industriellen Anwendungen von Zinn sind Weißblech (verzinntes Eisen) für Lebensmittelverpackungen, Lote für die Elektronik, Hausinstallationen, Lagerlegierungen und Beschichtungen aus Zinn und seinen Legierungen. Die wichtigste Legierung von Zinn ist Bronze (mit Kupfer). Eine andere bekannte Legierung, Zinn, wird zur Herstellung von Geschirr verwendet. In letzter Zeit ist das Interesse an der Verwendung von Metall wieder erwacht, da es unter den schweren Nichteisenmetallen das „umweltfreundlichste“ ist. Es wird verwendet, um supraleitende Drähte auf der Basis der intermetallischen Verbindung Nb 3 Sn herzustellen.
2. Intermetallische Verbindungen von Zinn und Zirkonium haben hohe Schmelzpunkte (bis zu 2000 °C) und Oxidationsbeständigkeit beim Erhitzen an der Luft und haben eine Reihe von Anwendungen.
3. Zinn ist der wichtigste Legierungsbestandteil bei der Herstellung von Strukturtitanlegierungen.
4. Zinndioxid ist ein sehr wirksames Schleifmaterial, das zum "Endbearbeiten" der Oberfläche von optischem Glas verwendet wird.
5. Als Farbstoff für Wolle wurde früher eine Mischung aus Zinnsalzen - "Gelbmasse" - verwendet.
6. Zinn wird auch in chemischen Stromquellen als Anodenmaterial verwendet, zum Beispiel: Mangan-Zinn-Element, Oxid-Quecksilber-Zinn-Element. Der Einsatz von Zinn in einer Blei-Zinn-Batterie ist vielversprechend; so hat beispielsweise eine Blei-Zinn-Batterie bei gleicher Spannung im Vergleich zu einer Bleibatterie die 2,5-fache Kapazität und die 5-fache Energiedichte pro Volumeneinheit, ihr Innenwiderstand ist viel geringer.
Das chemische Element Zinn ist eines der sieben alten Metalle, die der Menschheit bekannt sind. Dieses Metall ist Teil der Bronze, die von großer Bedeutung ist. Gegenwärtig hat das chemische Element Zinn seine Nachfrage verloren, aber seine Eigenschaften verdienen eine detaillierte Betrachtung und Untersuchung.
Was ist ein element
Es befindet sich in der fünften Periode, in der vierten Gruppe (der Hauptuntergruppe). Diese Anordnung weist darauf hin, dass das chemische Element Zinn eine amphotere Verbindung ist, die sowohl basische als auch saure Eigenschaften aufweisen kann. Die relative Atommasse beträgt 50, daher gilt es als leichtes Element.
Besonderheiten
Das chemische Element Zinn ist eine plastische, formbare, leicht silbrig-weiße Substanz. Wenn es verwendet wird, verliert es seinen Glanz, was als Minus seiner Eigenschaften angesehen wird. Zinn ist ein diffuses Metall, daher gibt es Schwierigkeiten bei seiner Gewinnung. Das Element hat einen hohen Siedepunkt (2600 Grad), einen niedrigen Schmelzpunkt (231,9 C), eine hohe elektrische Leitfähigkeit und eine ausgezeichnete Formbarkeit. Es hat eine hohe Reißfestigkeit.
Zinn ist ein Element, das keine toxischen Eigenschaften hat, keine negativen Auswirkungen auf den menschlichen Körper hat und daher in der Lebensmittelproduktion gefragt ist.
Welche anderen Eigenschaften hat Zinn? Wenn Sie sich für dieses Element zur Herstellung von Geschirr und Wasserleitungen entscheiden, müssen Sie keine Angst um Ihre Sicherheit haben.
Im Körper sein
Was zeichnet Zinn (ein chemisches Element) noch aus? Wie liest sich seine Formel? Diese Fragen werden im Rahmen des Schulcurriculums behandelt. In unserem Körper befindet sich dieses Element in den Knochen und trägt zum Prozess der Regeneration des Knochengewebes bei. Es wird als Makronährstoff eingestuft, daher benötigt eine Person für ein vollwertiges Leben zwei bis zehn mg Zinn pro Tag.
Dieses Element gelangt in größeren Mengen mit der Nahrung in den Körper, aber der Darm nimmt nicht mehr als fünf Prozent der Aufnahme auf, sodass die Wahrscheinlichkeit einer Vergiftung minimal ist.
Bei einem Mangel an diesem Metall verlangsamt sich das Wachstum, es kommt zu Hörverlust, die Zusammensetzung des Knochengewebes ändert sich und es wird Glatzenbildung beobachtet. Vergiftungen werden durch die Aufnahme von Staub oder Dämpfen dieses Metalls sowie seiner Verbindungen verursacht.
Grundeigenschaften
Die Dichte von Zinn hat einen mittleren Wert. Das Metall hat eine hohe Korrosionsbeständigkeit und wird daher in der Volkswirtschaft verwendet. Zinn ist zum Beispiel bei der Herstellung von Dosen gefragt.
Was zeichnet Zinn noch aus? Die Verwendung dieses Metalls basiert auch auf seiner Fähigkeit, verschiedene Metalle zu kombinieren und so eine Umgebung zu schaffen, die gegen aggressive Umgebungen beständig ist. Das Metall selbst wird zum Beispiel zum Verzinnen von Haushaltsgegenständen und Gebrauchsgegenständen benötigt, und seine Lote werden für Funktechnik und Elektrizität benötigt.
Eigenschaften
Nach seinen äußeren Eigenschaften ähnelt dieses Metall Aluminium. In Wirklichkeit ist die Ähnlichkeit zwischen ihnen unbedeutend, nur begrenzt durch Leichtigkeit und metallischen Glanz, Beständigkeit gegen chemische Korrosion. Aluminium weist amphotere Eigenschaften auf, daher reagiert es leicht mit Laugen und Säuren.
Wirkt zum Beispiel Essigsäure auf Aluminium ein, wird eine chemische Reaktion beobachtet. Zinn kann nur mit stark konzentrierten Säuren interagieren.
Vor- und Nachteile von Zinn
Dieses Metall wird im Bauwesen praktisch nicht verwendet, da es keine hohe mechanische Festigkeit aufweist. Grundsätzlich wird derzeit nicht reines Metall verwendet, sondern dessen Legierungen.
Lassen Sie uns die Hauptvorteile dieses Metalls hervorheben. Von besonderer Bedeutung ist die Formbarkeit, die bei der Herstellung von Haushaltsgegenständen verwendet wird. Zum Beispiel sehen Ständer, Lampen aus diesem Metall ästhetisch ansprechend aus.
Die Zinnbeschichtung ermöglicht eine deutliche Reduzierung der Reibung, wodurch das Produkt vor vorzeitigem Verschleiß geschützt wird.
Zu den Hauptnachteilen dieses Metalls gehört seine geringe Festigkeit. Zinn ist für die Herstellung von Teilen und Teilen, die erheblichen Belastungen bedürfen, ungeeignet.
Metallabbau
Zinn wird bei niedriger Temperatur geschmolzen, aber aufgrund der Schwierigkeit seiner Gewinnung gilt das Metall als teurer Stoff. Aufgrund des niedrigen Schmelzpunktes können beim Aufbringen von Zinn auf die Metalloberfläche erhebliche Einsparungen an elektrischer Energie erzielt werden.
Struktur
Das Metall hat eine homogene Struktur, aber je nach Temperatur sind verschiedene Phasen mit unterschiedlichen Eigenschaften möglich. Unter den häufigsten Modifikationen dieses Metalls bemerken wir die β-Variante, die bei einer Temperatur von 20 Grad existiert. Die Wärmeleitfähigkeit und der Siedepunkt sind die wichtigsten Eigenschaften, die für Zinn angegeben werden. Wenn die Temperatur von 13,2 C fällt, wird eine α-Modifikation gebildet, die als graues Zinn bezeichnet wird. Diese Form hat keine Plastizität und Formbarkeit, hat eine geringere Dichte, da sie ein anderes Kristallgitter hat.
Beim Übergang von einer Form zur anderen wird eine Volumenänderung beobachtet, da ein Dichteunterschied auftritt, wodurch das Zinnprodukt zerstört wird. Dieses Phänomen wird „Zinnpest“ genannt. Diese Eigenschaft führt dazu, dass der Einsatzbereich des Metalls deutlich reduziert wird.
Unter natürlichen Bedingungen kommt Zinn in Form eines Spurenelements in der Zusammensetzung von Gesteinen vor, außerdem sind seine mineralischen Formen bekannt. Zum Beispiel enthält Kassiterit sein Oxid und Zinnpyrit enthält sein Sulfid.
Produktion
Zinnerze, bei denen der Metallgehalt mindestens 0,1 Prozent beträgt, gelten als aussichtsreich für die industrielle Verarbeitung. Derzeit werden aber auch solche Vorkommen ausgebeutet, bei denen der Metallgehalt nur 0,01 Prozent beträgt. Für die Gewinnung des Minerals werden verschiedene Methoden angewendet, wobei die Besonderheiten der Lagerstätte sowie ihre Vielfalt berücksichtigt werden.
Grundsätzlich werden Zinnerze in Form von Sanden präsentiert. Die Gewinnung reduziert sich auf das ständige Waschen sowie auf die Konzentration des Erzminerals. Es ist viel schwieriger, eine primäre Lagerstätte zu erschließen, da zusätzliche Einrichtungen, der Bau und der Betrieb von Minen erforderlich sind.
Das Mineralkonzentrat wird zu einem auf die Verhüttung von Nichteisenmetallen spezialisierten Werk transportiert. Außerdem wird das Erz wiederholt angereichert, gemahlen und dann gewaschen. Erzkonzentrat wird mit speziellen Öfen wiederhergestellt. Zur vollständigen Rückgewinnung von Zinn wird dieser Vorgang mehrfach durchgeführt. In der letzten Stufe wird der Prozess der Reinigung von Rohzinnverunreinigungen mit einem thermischen oder elektrolytischen Verfahren durchgeführt.
Verwendungszweck
Als Hauptmerkmal, das die Verwendung von Zinn ermöglicht, zeichnet sich seine hohe Korrosionsbeständigkeit aus. Dieses Metall sowie seine Legierungen gehören zu den stabilsten Verbindungen gegenüber aggressiven Chemikalien. Mehr als die Hälfte des weltweit produzierten Zinns wird zur Herstellung von Weißblech verwendet. Diese Technologie, die mit dem Auftragen einer dünnen Zinnschicht auf Stahl verbunden ist, wurde zum Schutz von Dosen vor chemischer Korrosion eingesetzt.
Die Ausrollfähigkeit von Zinn wird genutzt, um daraus dünnwandige Rohre herzustellen. Aufgrund der Instabilität dieses Metalls gegenüber niedrigen Temperaturen ist seine Verwendung im Haushalt ziemlich begrenzt.
Zinnlegierungen haben eine deutlich geringere Wärmeleitfähigkeit als Stahl, sodass sie für die Herstellung von Waschtischen und Badewannen sowie für die Herstellung verschiedener Sanitärarmaturen verwendet werden können.
Zinn eignet sich für die Herstellung von kleinen Dekorations- und Haushaltsgegenständen, die Herstellung von Geschirr und die Herstellung von originellem Schmuck. Dieses schwache und formbare Metall ist in Kombination mit Kupfer längst zu einem der beliebtesten Materialien von Bildhauern geworden. Bronze kombiniert hohe Festigkeit, Beständigkeit gegen chemische und natürliche Korrosion. Diese Legierung ist als Dekorations- und Baumaterial gefragt.
Zinn ist ein tonal-resonantes Metall. Wenn es beispielsweise mit Blei kombiniert wird, erhält man eine Legierung, die zum Bau moderner Musikinstrumente verwendet wird. Bronzeglocken sind seit der Antike bekannt. Zur Herstellung von Orgelpfeifen wird eine Legierung aus Zinn und Blei verwendet.
Fazit
Die zunehmende Aufmerksamkeit der modernen Produktion für Fragen des Umweltschutzes sowie für Probleme im Zusammenhang mit der Erhaltung der öffentlichen Gesundheit hat die Zusammensetzung der Materialien beeinflusst, die bei der Herstellung von Elektronik verwendet werden. Beispielsweise ist das Interesse an der bleifreien Löttechnologie gestiegen. Blei ist ein Material, das die menschliche Gesundheit erheblich schädigt, weshalb es in der Elektrotechnik nicht mehr verwendet wird. Die Lötanforderungen wurden verschärft und Zinnlegierungen wurden anstelle von gefährlichem Blei verwendet.
Reines Zinn wird in der Industrie praktisch nicht verwendet, da es Probleme mit der Entstehung der „Zinnpest“ gibt. Unter den Hauptanwendungsgebieten dieses seltenen Streuelements heben wir die Herstellung von supraleitenden Drähten hervor.
Durch das Plattieren von reinem Zinn auf den Kontaktflächen können Sie den Lötprozess beschleunigen und das Metall vor Korrosion schützen.
Infolge des Übergangs zur bleifreien Technologie begannen viele Stahlhersteller, natürliches Zinn für die Beschichtung von Kontaktflächen und Anschlüssen zu verwenden. Mit dieser Option erhalten Sie eine hochwertige Schutzbeschichtung zu einem erschwinglichen Preis. Aufgrund des Fehlens von Verunreinigungen gilt die neue Technologie nicht nur als umweltfreundlich, sondern ermöglicht auch hervorragende Ergebnisse zu erschwinglichen Kosten. Hersteller halten Zinn für ein zukunftsträchtiges und modernes Metall in der Elektrotechnik und Funkelektronik.
Einführung
Referenzliste
Einführung
Die wichtigste Entwicklungsstufe war die Verwendung von Eisen und seinen Legierungen. Mitte des 19. Jahrhunderts beherrschte man das Konverterverfahren der Stahlerzeugung und Ende des Jahrhunderts das offene Herdverfahren.
Eisenbasislegierungen sind derzeit das wichtigste Strukturmaterial.
Das schnelle Wachstum der Industrie erfordert das Aufkommen von Materialien mit einer Vielzahl von Eigenschaften.
Die Mitte des 20. Jahrhunderts war geprägt durch das Aufkommen von Polymeren, neuen Materialien, deren Eigenschaften sich stark von denen von Metallen unterscheiden.
Polymere werden auch in verschiedenen Bereichen der Technologie eingesetzt: im Maschinenbau, in der Chemie- und Lebensmittelindustrie und in einer Reihe anderer Bereiche.
Die Entwicklung der Technologie erfordert Materialien mit neuen einzigartigen Eigenschaften. Kernenergie und Raumfahrttechnik erfordern Materialien, die bei sehr hohen Temperaturen betrieben werden können.
Computertechnik wurde erst durch die Verwendung von Materialien mit besonderen elektrischen Eigenschaften möglich.
Damit ist die Materialwissenschaft eine der wichtigsten, vorrangigen Wissenschaften, die den technischen Fortschritt bestimmen.
Zinn ist eines der wenigen Metalle, die dem Menschen seit prähistorischen Zeiten bekannt sind. Zinn und Kupfer wurden vor Eisen entdeckt, und ihre Legierung, Bronze, ist anscheinend das allererste „künstliche“ Material, das erste Material, das vom Menschen hergestellt wurde.
Die Ergebnisse archäologischer Ausgrabungen deuten darauf hin, dass Menschen bereits im fünften Jahrtausend v. Chr. Zinn selbst verhütten konnten. Es ist bekannt, dass die alten Ägypter Zinn zur Herstellung von Bronze aus Persien mitbrachten.
Unter dem Namen „Trapu“ wird dieses Metall in der altindischen Literatur beschrieben. Der lateinische Name für Zinnstannum stammt aus dem Sanskrit „hundert“, was „fest“ bedeutet.
Zinn
Eigenschaften von Zinn:
Ordnungszahl e50
Atommasse 118.710
Stall 112, 114-120, 122, 124
Instabil 108-111, 113, 121, 123, 125-127
Schmelzpunkt, °C 231,9
Siedepunkt, ° C 262,5
Dichte, g/cm3 7,29
Härte (nach Brinell) 3.9
Die Gewinnung von Zinn aus Erzen und Seifen beginnt immer mit der Anreicherung. Methoden zur Anreicherung von Zinnerzen sind sehr vielfältig. Insbesondere wird die Gravitationsmethode verwendet, basierend auf dem Unterschied in der Dichte von Haupt- und Begleitmineralien. Dabei dürfen wir nicht vergessen, dass die Begleitpersonen bei weitem nicht immer eine leere Rasse sind. Oft enthalten sie wertvolle Metalle wie Wolfram, Titan, Lanthanide. In solchen Fällen versuchen sie, alle wertvollen Bestandteile aus Zinnerz zu extrahieren.
Die Zusammensetzung des resultierenden Zinnkonzentrats hängt von den Rohstoffen ab und auch davon, wie dieses Konzentrat gewonnen wurde. Der Zinngehalt liegt zwischen 40 und 70 %. Das Konzentrat wird in Brennöfen (bei 600...700°C) geschickt, wo relativ flüchtige Arsen- und Schwefelverunreinigungen daraus entfernt werden. Und das meiste Eisen, Antimon, Wismut und einige andere Metalle werden nach dem Brennen mit Salzsäure ausgelaugt. Danach muss das Zinn noch von Sauerstoff und Silizium getrennt werden. Daher ist die letzte Stufe bei der Herstellung von Rohzinn das Schmelzen mit Kohle und Flussmitteln in Flamm- oder Elektroöfen. Aus physikalisch-chemischer Sicht ähnelt dieser Prozess einem Hochofen: Kohlenstoff „entzieht“ Zinn Sauerstoff, und Flussmittel verwandeln Siliziumdioxid in eine im Vergleich zu Metall leichte Schlacke.
Es gibt noch ziemlich viele Verunreinigungen im Rohzinn: 5 ... 8%. Um Metall von hoher Qualität (96,5 ... 99,9% Sn) zu erhalten, wird Feuer oder seltener elektrolytische Raffination verwendet. Und das für die Halbleiterindustrie notwendige Zinn mit einer Reinheit von fast sechs Neunern – 99,99985 % Sn – wird hauptsächlich durch Zonenschmelzen gewonnen.
Zinn wird auch durch die Regenerierung von Weißblechabfällen gewonnen. Um ein Kilogramm Zinn zu bekommen, muss man nicht einen Zentner Erz verarbeiten, man kann auch anders: 2000 alte Dosen „schälen“.
Nur ein halbes Gramm Zinn pro Dose. Aber multipliziert mit dem Produktionsumfang werden diese halben Gramm zu mehreren zehn Tonnen ... Der Anteil des "sekundären" Zinns in der Industrie der kapitalistischen Länder beträgt ungefähr ein Drittel der Gesamtproduktion. In unserem Land sind etwa hundert industrielle Zinnrückgewinnungsanlagen in Betrieb.
Es ist fast unmöglich, Zinn mechanisch von Weißblech zu entfernen, also nutzt man die unterschiedlichen chemischen Eigenschaften von Eisen und Zinn. Am häufigsten wird Zinn mit gasförmigem Chlor behandelt. Eisen in Abwesenheit von Feuchtigkeit reagiert nicht damit. Zinn verbindet sich sehr leicht mit Chlor. Es entsteht eine rauchende Flüssigkeit - Zinnchlorid SnCl4, das in der Chemie- und Textilindustrie verwendet oder einem Elektrolyseur zugeführt wird, um daraus metallisches Zinn zu gewinnen. Und wieder beginnt der „Kreis“: Stahlbleche werden mit diesem Blech überzogen, sie bekommen Weißblech. Es wird zu Krügen verarbeitet, die Krüge werden mit Essen gefüllt und verschlossen. Dann werden sie sie öffnen, Konserven essen, die Dosen wegwerfen. Und dann werden sie (leider nicht alle) wieder in die Fabriken von "sekundärem" Zinn gelangen.
Andere Elemente bilden einen Kreislauf in der Natur unter Beteiligung von Pflanzen, Mikroorganismen usw. Der Zinnkreislauf ist das Werk von Menschenhand.
Legierungen. Ein Drittel des Zinns wird zur Herstellung von Loten verwendet. Lote sind Legierungen aus Zinn, hauptsächlich mit Blei in unterschiedlichen Anteilen, je nach Verwendungszweck. Eine Legierung, die 62 % Sn und 38 % Pb enthält, wird als eutektisch bezeichnet und hat den niedrigsten Schmelzpunkt unter den Legierungen des Sn-Pb-Systems. Es ist in den in der Elektronik und Elektrotechnik verwendeten Zusammensetzungen enthalten. Andere Blei-Zinn-Legierungen wie 30 % Sn + 70 % Pb mit breitem Erstarrungsbereich werden zum Löten von Rohrleitungen und als Füllmaterial verwendet. Es werden auch bleifreie Zinnlote verwendet. Zinnlegierungen mit Antimon und Kupfer werden als Gleitlegierungen (Babbits, Bronzen) in der Lagertechnik für verschiedene Mechanismen verwendet.
Zusammensetzung und Eigenschaften einiger Zinnlegierungen
Viele Zinnlegierungen sind echte chemische Verbindungen von Element Nr. 50 mit anderen Metallen. Beim Schmelzen interagiert Zinn mit Calcium, Magnesium, Zirkonium, Titan und vielen Seltenerdelementen. Die resultierenden Verbindungen sind durch eine ziemlich hohe Feuerfestigkeit gekennzeichnet. So schmilzt Zirkoniumstannid Zr3Sn2 erst bei 1985°C. Und nicht nur die Feuerfestigkeit des Zirkoniums ist hier „schuld“, sondern auch die Art der Legierung, die chemische Bindung zwischen den sie bildenden Stoffen. Oder ein anderes Beispiel. Magnesium lässt sich nicht auf die Zahl der Refraktärmetalle zurückführen, 651 °C sind weit entfernt von einem Rekordschmelzpunkt. Zinn schmilzt bei einer noch niedrigeren Temperatur - 232°C. Und ihre Legierung – die Mg2Sn-Verbindung – hat einen Schmelzpunkt von 778 °C. Moderne Zinn-Blei-Legierungen enthalten 90–97 % Sn und geringe Zusätze von Kupfer und Antimon, um die Härte und Festigkeit zu erhöhen.
Verbindungen. Zinn bildet verschiedene chemische Verbindungen, von denen viele wichtige industrielle Anwendungen haben. Neben zahlreichen anorganischen Verbindungen ist das Zinnatom in der Lage, mit Kohlenstoff eine chemische Bindung einzugehen, wodurch metallorganische Verbindungen, sogenannte Organozinnverbindungen, erhalten werden können. Wässrige Lösungen von Zinnchloriden, -sulfaten und -fluorboraten dienen als Elektrolyte für die Abscheidung von Zinn und seinen Legierungen. Zinnoxid wird als Glasur für Keramik verwendet; es verleiht der Glasur Deckkraft und dient als Farbpigment. Zinnoxid kann auch aus Lösungen als dünner Film auf verschiedenen Produkten abgeschieden werden, was Glasprodukten Festigkeit verleiht (oder das Gewicht von Gefäßen verringert, während sie ihre Festigkeit beibehält). Das Einbringen von Zinkstannat und anderen Zinnderivaten in Kunststoffe und Kunststoffe verringert deren Entflammbarkeit und verhindert die Bildung giftiger Dämpfe, und dieses Anwendungsgebiet wird für Zinnverbindungen wichtig. Eine große Menge an Organozinnverbindungen wird als Stabilisatoren für Polyvinylchlorid verbraucht – eine Substanz, die zur Herstellung von Behältern, Rohrleitungen, transparentem Dachmaterial, Fensterrahmen, Dachrinnen usw. verwendet wird. Andere Organozinnverbindungen werden als landwirtschaftliche Chemikalien für die Herstellung von Farben verwendet und Holzschutz.
Die wichtigsten Verbindungen:
Zinndioxid SnO 2 ist in Wasser unlöslich. In der Natur - das Mineral Kassiterit (Zinnstein). Erhalten durch Oxidation von Zinn mit Sauerstoff. Anwendung: zur Gewinnung von Zinn, Weißpigment für Emails, Gläser, Glasuren.
Zinnoxid SnO, schwarze Kristalle. Oxidiert an der Luft über 400 °C, unlöslich in Wasser. Anwendung: Schwarzpigment bei der Herstellung von Rubinglas, zur Herstellung von Zinnsalzen.
Zinnhydrid SnH 2 fällt in geringen Mengen als Wasserstoffverunreinigung bei der Zersetzung von Zinn-Magnesium-Legierungen mit Säuren (dh unter Einwirkung von Wasserstoff bei der Isolierung) an. Während der Lagerung zerfällt es allmählich in freies Zinn und Wasserstoff.
Zinntetrachlorid SnCl 4 Flüssigkeit, an der Luft rauchend, wasserlöslich. Anwendung: Beizmittel zum Färben von Stoffen, Polymerisationskatalysator.
Zinndichlorid SnCl 2 ist wasserlöslich. Bildet ein Dihydrat. Anwendung: Reduktionsmittel in der organischen Synthese, Beize zum Färben von Stoffen, zum Bleichen von Erdölen.
Zinndisulfid SnS 2, goldgelbe Kristalle, unlöslich. "Blattgold" - zum Veredeln unter dem Gold von Holz, Gips.
